DE10251247B4 - Halbleiterbaugruppe mit Halbleiterchip, gebildet unter Verwendung eines Halbleiters mit breitem Bandabstand als Basismaterial - Google Patents

Halbleiterbaugruppe mit Halbleiterchip, gebildet unter Verwendung eines Halbleiters mit breitem Bandabstand als Basismaterial Download PDF

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Abstract

Halbleiterbaugruppe,
gekennzeichnet durch
– eine Wärmesenke (115), die eine zur Außenseite freiliegende untere Oberfläche (115BS) und eine dieser unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche (115TS) hat;
– ein isolierendes Substrat (114), das mit der oberen Oberfläche der Wärmesenke verbunden ist;
– eine leitfähige Platte (108), die mit einer oberen Oberfläche des isolierenden Substrats (114) verbunden ist;
– einen ersten Halbleiterchip (101), der folgendes aufweist: eine erste Hauptelektrode (105), die durch eine erste leitfähige Schicht (109A) mit einer oberen Oberfläche der leitfähigen Platte (108) elektrisch verbunden ist, und eine zweite Hauptelektrode (103), die der ersten Hauptelektrode (105) gegenüberliegt und eine kleinere Fläche als diese hat;
– einen zweiten Halbleiterchip (102), der folgendes aufweist: eine erste Hauptelektrode (106), die durch eine zweite leitfähige Schicht (109B) mit der zweiten Hauptelektrode (103) des ersten Halbleiterchips (101) elektrisch verbunden ist und eine kleinere Fläche als diese hat, und eine der...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Halbleiterbaugruppe, die einen ersten und einen zweiten Halbleiterchip aufweist, die in einem einzigen Gehäuse enthalten sind und von denen mindestens einer unter Verwendung eines Halbleitermaterials mit breitem Bandabstand (wie etwa Siliziumcarbid oder Galliumnitrid) als Basismaterial gebildet ist. Die nachstehende Beschreibung der Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf Halbleiterbaugruppen zur Verwendung bei Hochspannungsanwendungen; die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Leistungs-Halbleiterbaugruppen beschränkt und kann mit jeder Art von Halbleiterbaugruppen angewandt werden.
  • Bei Anwendungen mit Spannungs-Umrichtern werden im allgemeinen ein Schaltchip mit Schaltfähigkeit und ein Diodenchip gegenparallel zueinander geschaltet.
  • 9 ist ein Querschnitt, der die Konfiguration eines herkömmlichen Modulelements 400 zur Verwendung in Spannungs-Umrichtern zeigt. Aktive Elemente des Modulelements 400 sind jeweils unter Verwendung von Silizium als Basismaterial gebildet. Dabei besteht sowohl ein Schaltchip 401 als auch ein Diodenchip 402, die in einem geschlossenen Gehäuse 417 enthalten sind, aus Silizium. Der Schaltchip 401 hat eine Kathodenelektrode 403 und eine Steuerelektrode 404, die an der vorderseitigen Oberfläche gebildet sind, und eine Anodenelektrode 405, die an der rückseitigen Oberfläche gebildet ist.
  • Der Diodenchip 402 hat eine Anodenelektrode 406, die an der vorderseitigen Oberfläche gebildet ist, und eine Kathodenelektrode 407, die an der rückseitigen Oberfläche gebildet ist. Die Anodenelektrode 405 des Schaltchips 401 und die Kathodenelektrode 407 des Diodenchips 402 sind durch Auflöten auf eine leitfähige Platte 408 mittels einer Lotschicht 409 elektrisch miteinander verbunden.
  • Die Kathodenelektrode 403 und die Steuerelektrode 404 des Schaltchips 401 sind jeweils mit einer leitenden Kathodenschiene 410 bzw. einer leitenden Steuerschiene 411 durch einen Bonddraht 413 verbunden, und die Anodenelektrode 406 der Diode 402 ist durch den Bonddraht 413 mit der leitenden Kathodenschiene 410 verbunden. Die leitfähige Platte 408 ist durch ein isolierendes Substrat 414 mit einer Wärmesenke bzw. einem Kühlkörper 415 verbunden, die bzw. der Kühlfähigkeit hat. Ferner ist die leitfähige Platte 408 durch einen Metallkörper 416 mit einer leitenden Anodenschiene 412 elektrisch verbunden.
  • Bei dieser Konfiguration kann die durch die Energieverluste der Chips 401 und 402 erzeugte Wärme von ihren jeweiligen rückseitigen Elektroden 405 und 407 nach außen auf dem Pfad abgeleitet werden, der aus der Lotschicht 409, der leitfähigen Platte 408, dem isolierenden Substrat 414 und der Wärmesenke 415 besteht.
  • Da jedoch der Schaltchip 401 und der Diodenchip 402 sowohl elektrisch als auch mechanisch mit der leitfähigen Platte 408 verbunden sind, kann bei der in 9 gezeigten Konfiguration des herkömmlichen Modulelements 400 selbst die Anwendung des verlustarmen Halbleiters mit breitem Bandabstand zur Herstellung des Schaltchips 401 und/oder des Diodenchips 402 weder eine Vereinfachung eines Kühlmechanismus noch eine erhebliche Verringerung von Größe und Gewicht des geschlossenen Gehäuses 407 oder des Modulelements 400 selber bewirken. Selbst wenn also die Chips in dem Modulelement der Konfiguration von 9 durch Halbleiterchips mit breitem Bandabstand ersetzt werden, kann keine Kostensenkung der Halbleiterbaugruppe erreicht werden.
  • Aus der DE 199 02 462 A1 ist ein Halbleiterbauelement mit einem Chip-Auf-Chip-Aufbau bekannt, wobei ein erster Chip und ein zweiter Chip übereinander angeordnet sind und zumindest einer der Chips mindestens ein Kontaktgebiet auf einer inneren Oberfläche aufweist. Damit beim Herstellen eines derartigen herkömmlichen Bauelementes die Reihenfolge der Arbeitsschritte unabhängig von dem Kontaktieren der Chips gewählt werden kann, ist dort vorgesehen, daß ein Zwischenstück zwischen dem ersten Chip und dem zweiten Chip angeordnet ist und mindestens einen elektrisch leitfähigen Bereich aufweist, der seitlich über mindestens einen der zwei Chips hinausragt und der mit dem mindestens einen Kontaktgebiet elektrisch verbunden ist.
  • Die beiden Chips können dabei in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Bei einer ersten Bauform sind dort die beiden Chips als gleiche MOSFETs ausgebildet. Bei einer anderen dort beschriebenen Ausführungsform ist der eine Chip ein Leistungstransistor, während der andere Chip als Steuer-IC ausgebildet ist. Bei einer weiteren dort angegebenen Ausführungsform ist das Halbleiterbauelement als IGBT mit Freilaufdiode ausgebildet, wobei der IGBT dem ersten unteren Chip entspricht und die Freilaufdiode dem zweiten, oberen Chip entspricht.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine deutliche Vereinfachung des Kühlmechanismus der Elemente, einer Halbleiterbaugruppe zu erreichen. Diese Aufgabe durcheine Halbleiterbaugruppe mit den Merkmalen des Ansprüche 1,4 und 7 gelöst, wobei ferner eine Verringerung von Größe, Gewicht und Kosten eines Modulelements erreicht werden.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Halbleiterbaugruppe eine Wärmesenke bzw. einen Kühlkörper, ein isolierendes Substrat, eine leitfähige Platte, einen ersten Halbleiterchip, einen zweiten Halbleiterchip und ein Gehäuse auf. Die Wärmesenke hat eine untere Oberfläche, die zur Außenseite freiliegt, und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche. Das isolierende Substrat ist mit der oberen Oberfläche der Wärmesenke verbunden, und die leitfähige Platte ist mit einer oberen Oberfläche des isolierenden Substrats verbunden.
  • Der erste Halbleiterchip hat eine erste Hauptelektrode, die durch eine erste leitfähige Schicht mit einer oberen Oberfläche der leitfähigen Platte elektrisch verbunden ist, und eine zweite Hauptelektrode, die der ersten Hauptelektrode gegenüberliegt und eine kleinere Fläche als diese hat.
  • Der zweite Halbleiterchip hat eine erste Hauptelektrode, die durch eine zweite leitfähige Schicht mit der zweiten Hauptelektrode des ersten Halbleiterchips elektrisch verbunden ist und eine kleinere Fläche als diese hat, und eine zweite Hauptelektrode, die der ersten Hauptelektrode gegenüberliegt.
  • Das Gehäuse schließt die Wärmesenke mit Ausnahme eines freiliegenden Bereichs der unteren Oberfläche, das isolierende Substrat, die leitfähige Platte, den ersten Halbleiterchip und den zweiten Halbleiterchip in seinem Innenraum ein. Ein Bereich über der zweiten Hauptelektrode des zweiten Halbleiterchips ist der Innenraum des Gehäuses, und ein Basismaterial des zweiten Halbleiterchips ist ein Halbleiter mit breitem Bandabstand, der einen größeren Bandabstand zwischen den Bändern als Silizium hat.
  • Der zweite Halbleiter kann ohne Verschlechterung seiner Fähigkeiten in einer Position angebracht sein, die im Vergleich mit dem ersten Halbleiterchip weiter entfernt ist von einem Kühlmechanismus, der aus der Wärmesenke, dem isolierenden Substrat und der leitfähigen Platte gebildet ist (d.h. in einer Position, in der ein Silizium-Halbleiterchip aus Gründen der Ausbildung für die Wärmeableitung nicht angeordnet werden kann). Außerdem kann der zweite Halbleiterchip indirekt durch den ersten Halbleiterchip gekühlt werden.
  • Dadurch wird eine Vereinfachung des Kühlmechanismus erreicht. Mit dem vereinfachten Kühlmechanismus kann dieser Aspekt der Erfindung eine Verringerung in bezug auf Größe, Gewicht und Kosten der Halbleiterbaugruppe erreichen. Ferner kann dieser Aspekt der Erfindung die Größe des zweiten Halbleiterchips verringern durch Verwendung eines Halbleiterchips mit breitem Bandabstand als zweitem Halbleiterchip, so daß die Größe der Halbleiterbaugruppe weiter verringert wird.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist die Halbleiterbaugruppe eine Wärmesenke, ein isolierendes Substrat, eine leitfähige Platte, einen ersten Halbleiterchip, eine Metallbasis, einen zweiten Halbleiterchip und ein Gehäuse auf. Die Wärmesenke hat eine zur Außenseite freiliegende untere Oberfläche und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche. Das isolierende Substrat ist mit der oberen Oberfläche der Wärmesenke verbunden, und die leitfähige Platte ist mit einer oberen Oberfläche des isolierenden Substrats verbunden.
  • Der erste Halbleiterchip hat eine erste Hauptelektrode, die durch eine erste leitfähige Schicht mit einem ersten Oberflächenbereich einer oberen Oberfläche der leitfähigen Platte elektrisch verbunden ist, und eine zweite Hauptelektrode, die der ersten Hauptelektrode in bezug auf eine erste Richtung gegenüberliegt, die einer Richtung einer zu der oberen Oberfläche der leitfähigen Platte Normalen äquivalent ist. Die Metallbasis hat einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich.
  • Der erste Bereich hat ein erstes Ende, das durch eine zweite leitfähige Schicht mit einem zweiten Oberflächenbereich der oberen Oberfläche der leitfähigen Platte dem ersten Oberflächenbereich benachbart elektrisch verbunden ist und sich von dem ersten Ende zu einem zweiten Ende in der ersten Richtung erstreckt, und der zweite Bereich ist mit dem zweiten Ende des ersten Bereichs gekoppelt und erstreckt sich in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung orthogonal ist, so daß eine L-Form mit dem ersten Bereich gebildet wird.
  • Der zweite Halbleiterchip hat eine erste Hauptelektrode, die durch eine dritte leitfähige Schicht mit einer oberen Oberfläche des zweiten Bereichs der Metallbasis elektrisch verbunden ist, und eine zweite Hauptelektrode, die der ersten Hauptelektrode in bezug auf die erste Richtung gegenüberliegt. Das Gehäuse umgibt die Wärmesenke mit Ausnahme eines freiliegenden Bereichs der unteren Oberfläche, das isolierende Substrat, die leitfähige Platte, den ersten Halbleiterchip, die Metallbasis und den zweiten Halbleiterchip in seinem Innenraum.
  • Eine untere Oberfläche des zweiten Bereichs der Metallbasis liegt über dem Niveau einer oberen Oberfläche der zweiten Hauptelektrode des ersten Halbleiterchips, und ein Basismaterial des zweiten Halbleiterchips ist ein Halbleiter mit breitem Bandabstand, der zwischen Bändern einen größeren Bandabstand als Silizium hat.
  • Durch Verwendung der Metallbasis kann der zweite Halbleiterchip ohne Verschlechterung seiner Fähigkeiten in einer oberen Position angeordnet werden, in der aus Gründen der Ausbildung für die Wärmeabfuhr ein Siliziumhalbleiterchip nicht angeordnet werden kann. Durch die Metallbasis kann auch der zweite Halbleiterchip indirekt über einen Kühlmechanismus gekühlt werden, der aus der Wärmesenke, dem isolierenden Substrat und der leitfähigen Platte gebildet ist. Das führt zu einer Vereinfachung des Kühlmechanismus. Mit dem vereinfachten Kühlmechanismus kann dieser Aspekt der Erfindung eine Verringerung der Größe, des Gewichts und der Kosten der Halbleiterbaugruppe erreichen.
  • Außerdem kann dieser Aspekt der Erfindung die Größe des zweiten Halbleiterchips dadurch verringern, daß als zweiter Halbleiterchip ein Halbleiterchip mit breitem Bandabstand verwendet wird, so daß die Größe der Halbleiterbaugruppe weiter abnimmt. Da außerdem der zweite Halbleiterchip über dem ersten Halbleiterchip liegt, hat dieser Aspekt der Erfindung die Wirkung, daß die Größe des zweiten Halbleiterchips nicht durch die Größe des ersten Halbleiterchips eingeschränkt wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Halbleiterbaugruppe eine erste leitfähige Basis, eine erste Metallbasis, einen ersten Halbleiterchip, eine zweite Metallbasis, einen zweiten Halbleiterchip, eine dritte Metallbasis, ein isolierendes Substrat, eine zweite leitfähige Basis, eine erste Zwischenverbindung, eine zweite Zwischenverbindung und ein Gehäuse auf.
  • Die erste leitfähige Basis hat eine untere Oberfläche, die zur Außenseite freiliegt, und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche. Die erste Metallbasis hat eine untere Oberfläche an der oberen Oberfläche der ersten leitfähigen Basis und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche.
  • Der erste Halbleiterchip hat eine erste Hauptelektrode, die an der oberen Oberfläche der ersten Metallbasis liegt, und eine der ersten Hauptelektrode gegenüberliegende zweite Hauptelektrode. Die zweite Metallbasis hat eine untere Oberfläche an der zweiten Hauptelektrode des ersten Halbleiterchips und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche.
  • Der zweite Halbleiterchip hat eine erste Hauptelektrode, die an der oberen Oberfläche der zweiten Metallbasis liegt, und eine der ersten Hauptelektrode gegenüberliegende zweite Hauptelektrode. Die dritte Metallbasis hat eine untere Oberfläche an der zweiten Hauptelektrode des zweiten Halbleiterchips und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche.
  • Das isolierende Substrat hat eine untere Oberfläche an der oberen Oberfläche der dritten Metallbasis und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche. Die zweite leitfähige Basis hat eine untere Oberfläche an der oberen Oberfläche des isolierenden Substrats und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende und zur Außenseite freiliegende obere Oberfläche. Die erste Zwischenverbindung verbindet die erste Metallbasis und die dritte Metallbasis elektrisch miteinander, und die zweite Zwischenverbindung verbindet die zweite Metallbasis und die zweite leitfähige Basis elektrisch miteinander.
  • Das Gehäuse umgibt die erste leitfähige Basis mit Ausnahme eines freiliegenden Bereichs der unteren Oberfläche, die erste Metallbasis, den ersten Halbleiterchip, die zweite Metallbasis, den zweiten Halbleiterchip, die dritte Metallbasis, das isolierende Substrat, die zweite leitfähige Basis mit Ausnahme eines freiliegenden Bereichs der oberen Oberfläche, die erste Zwischenverbindung und die zweite Zwischenverbindung in seinem Innenraum.
  • Die untere und die obere Oberfläche der ersten leitfähigen Basis haben größere Flächen als die erste und die zweite Hauptelektrode des ersten Halbleiterchips, und die untere und die obere Oberfläche der zweiten leitfähigen Basis haben größere Flächen als die erste und die zweite Hauptelektrode des zweiten Halbleiterchips. Ein Basismaterial von mindestens einem von dem ersten und dem zweiten Halbleiterchip ist ein Halbleiter mit breitem Bandabstand, der zwischen den Bändern einen größeren Bandabstand als Silizium hat.
  • Der erste und der zweite Halbleiterchip sind sandwichartig mit der dazwischen liegenden zweiten Metallbasis aufeinandergelegt und ferner sandwichartig zwischen der ersten und zweiten leitfähigen Basis mit der dazwischen befindlichen ersten und dritten Metallbasis und dem isolierenden Substrat angeordnet. Das führt zu einer Vereinfachung des Kühlmechanismus und zu einer Verringerung der Größe, des Gewichts und der Kosten der Halbleiterbaugruppe selbst.
  • Ferner kann durch das Vorsehen der zweiten Metallbasis dieser Aspekt der Erfindung die Wirkung erzielen, daß die Wärmekapazität der gesamten Anordnung gesteigert wird. Außerdem wird durch das Vorsehen der Zwischenverbindung zwischen der zweiten Metallbasis und der zweiten leitfähigen Basis die elektrische Durchgängigkeit zwischen der zweiten leitfähigen Basis, deren obere Oberfläche zur Außenseite freiliegt, und sowohl der zweiten Hauptelektrode des ersten Halbleiterchips als auch der ersten Hauptelektrode des zweiten Halbleiterchips hergestellt.
  • Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird ferner der Wärmeableitungsweg für die einzelnen ersten und zweiten Halbleiterchips sichergestellt, was dazu führt, daß der Wirkungsgrad der Wärmeabgabe gesteigert wird. Ferner wird durch die Verwendung eines Halbleiterchips mit breitem Bandabstand für mindestens einen der Halbleiterchips der Effekt erzielt, daß die Größe dieses Halbleiterchips verringert wird, was zu einer Verringerung der Größe der Halbleiterbaugruppe beiträgt.
    •
  • Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in:
  • 1 einen Querschnitt, der die Konfiguration eines Modulelements gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 2 eine perspektivische Draufsicht, die schematisch die Konfiguration eines Modulelements gemäß einer Modifikation der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 3 einen Querschnitt, der die Konfiguration eines Modulelements gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 4 einen Querschnitt, der die Konfiguration eines Modulelements gemäß einer ersten Modifikation der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 5 eine perspektivische Draufsicht, die schematisch die Konfiguration eines Modulelements gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 6 einen Querschnitt, der die Konfiguration eines Modulelements gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 7 einen Querschnitt, der die Konfiguration eines Modulelements gemäß einer ersten Modifikation der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 8 eine perspektivische Draufsicht, die schematisch die Konfiguration eines Modulelements gemäß einer zweiten Modifikation der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt; und
  • 9 einen Querschnitt, der die Konfiguration eines Modulelements gemäß einer herkömmlichen Technik zeigt.
  • Ein Halbleiter mit breitem Bandabstand, beispielsweise aus Siliziumcarbid oder Galliumnitrid, bietet sich als Basismaterial für Halbleiterchips als Alternative zu Silizium an. Seine Vorteile sind folgende:
    Erstens hat ein Halbleiter mit breiten Bandabstand, wie etwa Siliziumcarbid oder Galliumnitrid, gegenüber Silizium einen großen Bandabstand zwischen Bändern und somit hohe thermische Stabilität. Das bedeutet, eine unter Verwendung von Siliziumcarbid oder Galliumnitrid als Basismaterial hergestellte Einrichtung ist selbst bei einer hohen Temperatur von 1000 K betriebsfähig.
  • Durch Nutzung dieses Merkmals der Funktionsfähigkeit bei hohen Temperaturen, also durch Positionieren eines Halbleiterchips aus Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand, wie Siliziumcarbid oder Galliumnitrid (eines Halbleiterchips mit breitem Bandabstand) in einem Bereich eines geschlossenen Gehäuses, in dem die Kühlwirkung relativ gering ist, ist eine höhere Dichte der Baugruppenkonfiguration und somit ein einfacherer Kühlmechanismus, wie z.B. eine Wärmesenke zu erwarten.
  • Da zweitens Siliziumcarbid oder Galliumnitrid ein elektrisches Feld hat, bei dem ein Durchbruch erfolgt, das ungefähr zehnmal so hoch wie das von Silizium ist, kann man bei dem Halbleiterchip mit breitem Bandabstand gegenüber einer Siliziumbaugruppe die Breite einer Verarmungsschicht, die für eine bestimmte Fähigkeit zur Spannungsunterdrückung erforderlich ist, extrem klein machen.
  • Daher kann die Distanz zwischen den Kathoden- und Anodenelektroden gegenüber derjenigen für Silizium verringert werden, und dadurch wird wiederum ein Spannungsabfall während der Stromleitung verringert, der zu der Distanz zwischen den Elektroden grob proportional ist.
  • Anders ausgedrückt, es kann der Halbleiterchip mit breitem Bandabstand Verluste im stationären Betrieb verringern, die während der Stromleitung auftreten, (die Größe des Chips selbst kann verringert werden). Diese Wirkung bietet den Vorteil, daß eine Diode und/oder eine Schalteinrichtung, die Siliziumcarbid oder Galliumnitrid verwendet, einen Kompromiß zwischen Schaltverlusten und Verlusten im stationären Betrieb gegenüber einer Diode und/oder einer Schalteinrichtung, die Silizium verwendet, erheblich verbessern kann (oder daß damit eine Verbesserung zu erwarten ist).
  • Das macht es möglich, die Fähigkeiten des Halbleiterchips mit breitem Bandabstand vollständig zu nutzen, auch wenn der Chip von einem kleineren und leichteren Kühlmechanismus gekühlt wird als dem, der zum Kühlen eines Siliziumchips dient. Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1. Erste bevorzugte Ausführungsform
  • 1 ist ein Querschnitt und zeigt die Konfiguration einer Halbleiterbaugruppe bzw. eines Modulelements 100 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform. 1 zeigt eine Konfiguration, in der ein Halbleiterschaltchip (nachstehend einfach "Schaltchip") oder erster Halbleiterchip 101, der unter Verwendung von Silizium als Basismaterial gebildet ist, und ein Diodenchip oder zweiter Halbleiterchip 102, der unter Verwendung eines Halbleiters mit breitem Bandabstand, der ein größeres Energieband zwischen Bändern als Silizium hat, als Basismaterial gebildet ist, in einem geschlossenen Gehäuse 117 angeordnet sind.
  • In 1 hat eine Wärmesenke 115 mit Kühlfähigkeit eine untere Oberfläche 115BS, die mit Ausnahme des Randes zur Außenseite freiliegt, eine obere Oberfläche 115TS, die der unteren Oberfläche 115BS gegenüberliegt, und eine sandwichartig zwischen den Oberflächen 115BS und 115TS liegende seitliche Oberfläche 115SS. Auf der oberen Oberfläche 115TS der Wärmesenke 115 ist mit einem Klebstoff (nicht gezeigt) ein isolierendes Substrat 114 befestigt.
  • Dabei haben die obere Oberfläche 115TS und die untere Oberfläche des isolierenden Substrats 114 gleiche Flächen. Auf der oberen Oberfläche des isolierenden Substrats 114 ist mit einem Klebstoff (nicht gezeigt) eine leitfähige Platte 108 befestigt. Auch hier haben die obere Oberfläche 115TS, die obere Oberfläche des isolierenden Substrats 114 und die untere Oberfläche der leitfähigen Platte 108 gleiche Flächen.
  • Der Schaltchip 101 hat eine Anodenelektrode oder erste Hauptelektrode 105, die auf der rückseitigen Oberfläche gebildet ist, und eine Kathodenelektrode oder zweite Hauptelektrode 103 und eine Steuerelektrode 104, die auf der vorderen Oberfläche gebildet sind. Die Kathodenelektrode 103 liegt der Anodenelektrode 105 gegenüber und hat eine kleinere Fläche als diese (S1 > S2).
  • Die Anodenelektrode 105 des Schaltchips 101 ist durch eine erste leitfähige Schicht 109A aus Lot- oder Hartlotmaterial mit der oberen Oberfläche der leitfähigen Platte 108 elektrisch verbunden. Die Steuerelektrode 104 ist über einen Bonddraht 113 mit einer leitenden Steuerschiene 117 verbunden, die an dem geschlossenen Gehäuse 117 ausgebildet ist, und die Kathodenelektrode 103 ist über einen weiteren Bonddraht 113 mit einer an dem geschlossenen Gehäuse 117 ausgebildeten leitenden Kathodenschiene 110 verbunden.
  • Der Diodenchip 102 hat eine Anodenelektrode oder erste Hauptelektrode 106, die an der rückseitigen Oberfläche gebildet ist, und eine Kathodenelektrode oder zweite Hauptelektrode 107, die an der vorderen Oberfläche gebildet ist. Die Anodenelektrode 106 hat eine kleinere Fläche als die Kathodenelektrode 103 des Schaltchips 101 (S2 > S3), und die der Anodenelektrode 106 gegenüberliegende Kathodenelektrode 107 hat die gleiche Fläche wie die Anodenelektrode 106.
  • Die Anodenelektrode 106 des Diodenchips 102 ist durch eine zweite leitfähige Schicht 109B aus Lot- oder Hartlotmaterial mit der oberen Oberfläche der Kathodenelektrode 103 des Schaltchips 101 elektrisch verbunden. Die Kathodenelektrode 107 des Diodenchips 102 ist über einen Bonddraht 116 mit einer leitenden Anodenschiene 112 elektrisch verbunden, die an dem geschlossenen Gehäuse 117 ausgebildet ist, und die obere Oberfläche der leitfähigen Platte 108 ist über den Bonddraht 116 ebenfalls mit der leitenden Anodenschiene 112 elektrisch verbunden.
  • Das geschlossene Gehäuse 117 umschließt die gesamte Wärmesenke 115 mit Ausnahme des freiliegenden Bereichs der unteren Oberfläche 115BS, das gesamte isolierende Substrat 114, die gesamte leitfähige Platte 108, den gesamten Schaltchip 101 und den gesamten Diodenchip 102 in seinem Innenraum. Der Raum über der Kathodenelektrode 107 des Diodenchips 102 entspricht dem Innenraum des geschlossenen Gehäuses 117.
  • Bei der vorstehenden Konfiguration wird erste Wärme, die durch die Energieverluste des Schaltchips 101 erzeugt wird, durch die rückseitige Anodenelektrode 105 und die erste leitfähige Schicht 109A und direkt durch einen Kühlmechanismus oder -pfad übertragen, der aus der leitfähigen Platte 108, dem isolierenden Substrat 114 und der Wärmesenke 115 gebildet ist, und wird dann von dem freiliegenden Bereich der unteren Oberfläche 115BS nach außen abgegeben.
  • Andererseits wird zweite Wärme, die durch die Energieverluste des Diodenchips 102 erzeugt wird, einmal in den Schaltchip 101 durch die rückseitige Anodenelektrode 106 und die zweite leitfähige Schicht 109B und dann in den obigen Kühlmechanismus (108, 114, 115) gemeinsam mit der genannten ersten Wärme, die durch den Schaltchip 101 erzeugt wird, übertragen und dann nach außen abgegeben.
  • Auf diese Weise wird der Diodenchip 102 von dem obigen Kühlmechanismus (108, 114, 115) durch den Schaltchip 101 indirekt gekühlt. Die Betriebstemperatur des Diodenchips 102 ist somit höher als die des Schaltchips 101; der Diodenchip 102, der unter Verwendung eines Halbleiters mit breitem Bandabstand als Basismaterial gebildet ist, kann jedoch normalerweise auch bei hohen Temperaturen problemfrei betrieben werden. Insbesondere ist eine kritische Betriebstemperatur eines gewöhnlichen Siliziumhalbleiterchips ungefähr 150 °C, aber ein Halbleiterchip mit breitem Bandabstand kann theoretisch bei Temperaturen bis zu 500 °C bis 600 °C betrieben werden.
  • Wie oben beschrieben, kann bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Schaltchip 101 aus Silizium direkt durch den angegebenen Kühlmechanismus (108, 114, 115) gekühlt werden, während der Diodenchip 102 aus Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand nur indirekt gekühlt zu werden braucht. Das ermöglicht es, die Fähigkeiten des Modulelements 100 unter Verwendung eines kleineren Kühlsystems, als es bei der in 9 gezeigten herkömmlichen Technik verwendet wird, vollständig zu nutzen. Das bedeutet, daß eine Vereinfachung des Kühlmechanismus erreicht werden kann.
  • Ferner hat (i) der Kühlmechanismus (108, 114, 115) gemäß 1 geringe Größe und geringes Gewicht gegenüber dem Kühlmechanismus (408, 414, 415) von 9, und (ii) ist der Diodenchip 102 gemäß 1 ebenfalls kleiner und leichter als der Diodenchip 402 von 9. Diese Merkmale (i) und (ii) können zu einer Verringerung der Größe, des Gewichts und der Kosten des Modulelements 100 führen. Dabei kann die Größe des Modulelements 100 von 1 auf ungefähr zwei Drittel der Größe des Modulelements 400 von 9 verringert werden.
  • Da die tatsächliche Dicke der jeweiligen Komponenten 103 bis 107, 109A und 109B so gering ist, daß sie gegenüber derjenigen der leitfähigen Platte 108 vernachlässigbar ist (sie ist um mehrere zehn Male kleiner als die der leitfähigen Platte 108), ist die Gesamthöhe der Chips 101 und 102, obwohl diese in zwei Schichten in 1 aufeinander gestapelt sind, nicht stark verschieden von der Höhe jedes der Chips 401 und 402 von 9.
  • Die offengelegte JP-Patentanmeldung 11-274482, 5, schlägt eine Konfiguration vor, bei der ein SiC-Diodenchip und Si-Schaltchips in Längsrichtung durch eine leitfähige Platte im Hinblick auf weitere Verbesserungen der Trennung zwischen benachbarten Chips angeordnet sind.
  • Bei der Konfiguration und Beschreibung von 5 in der obigen Patentanmeldung ist das Vorsehen eines Kühlmechanismus zur Verwendung bei der Ableitung der von jedem Chip erzeugten Wärme nach außen weder angegeben noch angedeutet, aber wenn ein solcher Kühlmechanismus bei dieser Konfiguration vorgesehen wäre, so wäre eine Wärmesenke oder dergleichen so angeordnet, daß sie mit einer freiliegenden äußeren Oberfläche einer leitfähigen Platte in Berührung steht, die mit dem äußersten SiC-Diodenchip der Vielzahl von längs angeordneten Chips verbunden ist.
  • Bei einer solchen Konfiguration wird jedoch der SiC-Diodenchip durch die freiliegende leitfähige Platte direkt von der Wärmesenke oder dergleichen gekühlt, und in diesem Fall würde der Vorteil, daß der Halbleiterchip mit breitem Bandabstand bei hohen Temperaturen betrieben werden kann, überhaupt nicht genutzt, und daher kann eine Verringerung der Größe und des Gewichts des Modulelements durch die Nutzung dieser Fähigkeit kaum erwartet werden.
  • In dieser Hinsicht kann das Modulelement 100 gemäß der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform eine Halbleiterbaugruppe mit viel größerem praktischem Nutzen als die Konfiguration in 5 der oben genannten Patentanmeldung bieten.
  • Ferner sind bei der Konfiguration von 5 der oben genannten Patentanmeldung der SiC-Diodenchip und der benachbarte Si-Schaltchip, die gleiche Fläche haben, mit einer isolierenden Struktur bedeckt und dadurch mit der zwischen ihnen vorgesehenen leitfähigen Platte in Berührung gebracht. Selbst wenn also der SiC-Diodenchip von 5 der obigen Patentanmeldung mit dem vorher beschriebenen Modulelement von 9 kombiniert wird, unterscheidet sich ein resultierendes Modulelement hinsichtlich der Konfiguration erheblich von dem Modulelement gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform.
  • Im übrigen kann der Schaltchip 101 auch durch Verwendung des obigen Halbleitermaterials mit breitem Bandabstand als Basismaterial gebildet sein. Dadurch wird eine Abnahme der Größe und des Gewichts des Schaltchips 101 erreicht, was weiter zu einer Verringerung von Größe und Gewicht des gesamten Modulelements 100 führt.
  • 1-1. Modifikation
  • 2 ist eine perspektivische Draufsicht von oben, die schematisch die Konfiguration eines Modulelements 100A gemäß einer Modifikation der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Wie 2 zeigt, liegt der erste Halbleiterchip 101 auf einem ersten Bereich R1 der oberen Oberfläche 108S der leitfähigen Platte 108 in dem Kühlmechanismus (115 + 114 + 108), und der zweite Halbleiterchip 102 liegt auf der zweiten Hauptelektrode 103, wie in 1 gezeigt ist. Ebenso liegen der erste und der zweite Halbleiterchip 101 und 102 auch, wie in 1 gezeigt, jeweils auf einem von dem ersten Bereich R1 verschiedenen Bereich (z.B. einem Bereich Rn) der oberen Oberfläche 1085.
  • Auf diese Weise liegt bei dieser Modifikation eine Vielzahl von Halbleiterchipgruppen CG1, die jeweils ein Paar von dem ersten Halbleiterchip 101 und dem zweiten Halbleiterchip 102 auf der zweiten Hauptelektrode des ersten Halbleiterchips 101 aufweisen, auf dem gemeinsamen Kühlmechanismus (115 + 114 + 108) und teilen sich die leitende Steuerschiene 111, die leitende Kathodenschiene 110 und die leitende Anodenschiene 112. Dabei ist die Vielzahl von Halbleiterchipgruppen CG1 parallel zwischen die leitende Anodenschiene 112 und die leitende Kathodenschiene 110 geschaltet.
  • Diese Modifikation bietet somit den Vorteil, daß ein größerer Strom fließen kann, als es mit nur einem einzigen Paar von Chips gemäß 1 möglich wäre.
  • 2. Zweite bevorzugte Ausführungsform
  • 3 ist ein Querschnitt, der die Konfiguration eines Modulelements 300 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform zeigt. Das Modulelement 300 ist dadurch gekennzeichnet, daß (a) in dem Innenraum eines geschlossenen Gehäuses 317 ein zweiter Halbleiterchip, bei dem ein Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand als Basismaterial verwendet ist, über einem ersten Halbleiterchip liegt, der auf einem Kühlmechanismus angeordnet ist, und (b) ein Ende einer L-förmigen Metallbasis, die den zweiten Halbleiterchip trägt, mit dem Kühlmechanismus verbunden ist, so daß die Metallbasis auch als Pfad zur Nutzung bei der Abführung von Wärme, die von dem zweiten Halbleiterchip erzeugt wird, verwendet werden kann. Nachstehend werden die Einzelheiten der Konfiguration unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
  • Der Kühlmechanismus des Modulelements 300 besteht aus einer Wärmesenke 315, einem isolierenden Substrat 314 und einer leitfähigen Platte 308. Die Wärmesenke 315, die einen Hauptteil des Kühlmechanismus bildet, hat eine flache untere Oberfläche 315BS, die mit Ausnahme des Randes zur Außenseite freiliegt, eine flache obere Oberfläche 315TS, die der unteren Oberfläche 315BS in bezug auf eine erste Richtung D1 gegenüberliegt, und eine sandwichartig zwischen den Oberflächen 315BS und 315TS befindliche seitliche Oberfläche 315SS, die sich in der ersten Richtung D1 erstreckt.
  • Das isolierende Substrat 314 ist mit Klebstoff (nicht gezeigt) auf der oberen Oberfläche 315TS der Wärmesenke 315 fest angebracht. Ferner ist die leitfähige Platte 308 mit einem Klebstoff (nicht gezeigt) auf der oberen Oberfläche des isolierenden Substrats 314 fest angebracht. Dabei entspricht die erste Richtung D1 einer Richtung der Senkrechten zu der oberen Oberfläche des Kühlmechanismus, d.h. einer oberen Oberfläche 308US der leitfähigen Platte 308.
  • Ein erster Oberflächenbereich P1 der oberen Oberfläche 308U der leitfähigen Platte 308, der nahezu der zentrale Bereich ist, ist durch eine erste leitfähige Schicht 309A aus Lot- oder Hartlotmaterial mit einer ersten Hauptelektrode oder Anodenelektrode 305 elektrisch verbunden, die über die untere Oberfläche eines ersten Halbleiterchips 301 ausgebildet ist.
  • Der hier verwendete erste Halbleiterchip 301 ist ein Schaltchip (wie etwa ein IGBT oder MOSFET), bei dem Silizium als Basismaterial verwendet wird. Der erste Halbleiterchip 301 hat an der oberen Oberfläche eine zweite Hauptelektrode oder Kathodenelektrode 303 und eine Steuerelektrode 304, die der ersten Hauptelektrode 305 in bezug auf die erste Richtung D1 gegenüberliegen. Die zweite Hauptelektrode 303 und die Steuerelektrode 304 haben jeweils eine kleinere Fläche als der erste Halbleiterchip 301.
  • Die Höhe der oberen Oberfläche von jeder der beiden Elektroden 303 und 304 über der oberen Oberfläche 308US ist in 3 mit H1 bezeichnet. Die zweite Hauptelektrode 303 ist durch einen Bonddraht 313 mit einer leitenden Kathodenschiene 310 verbunden, die an der oberen Oberfläche des geschlossenen Gehäuses 317 gebildet ist, und die Steuerelektrode 304 ist durch einen anderen Bonddraht 313 mit einer leitenden Steuerschiene 311 verbunden.
  • Ein zweiter Oberflächenbereich P2 der oberen Oberfläche 308U der leitfähigen Platte 308, der nahe dem Außenumfangsrand und dem ersten Oberflächenbereich P1 in bezug auf eine zweite Richtung D2 benachbart angeordnet ist, ist durch eine zweite leitfähige Schicht 309B aus Lot- oder Hartlotmaterial mit einem ersten Ende E1 eines ersten Bereichs 325P1 einer Metallbasis 325 elektrisch verbunden.
  • Der erste Bereich 325P1 erstreckt sich von dem ersten Ende E1 zu seinem zweiten Ende E2 in der ersten Richtung D1. Dabei hat der erste Bereich 325P1 mit Ausnahme des ersten Endes E1 Oberflächen, die sich sowohl in der Längsrichtung D1 als auch in einer Breitenrichtung D3 erstrecken, und hat eine Dicke entlang der zweiten Richtung D2. Die Metallbasis 325 hat ferner einen zweiten Bereich 325P2, der mit dem ersten Bereich 325P1 verbunden ist.
  • Insbesondere ist ein Ende des zweiten Bereichs 325P2 mit dem zweiten Ende E2 des ersten Bereichs 325P1 und dem anderen Ende E3 verbunden, zu dem er sich von dem genannten einen Ende in der zweiten Richtung D2 orthogonal zu der ersten Richtung D1 erstreckt. Mit anderen Worten, der zweite Bereich 325P2 hat Oberflächen 325LS und 325US, die sowohl in der Längsrichtung D2 als auch in der Breitenrichtung D3 verlaufen, und hat eine Dicke entlang der ersten Richtung D1. Die Metallbasis 325 hat somit in einer Ebene D1-D2 allgemein L-förmigen Querschnitt.
  • Ferner liegt die untere Oberfläche 325LS des zweiten Bereichs 325P2 der Metallbasis 325 über dem Niveau sowohl einer oberen Oberfläche 303US der zweiten Hauptelektrode 303 als auch einer oberen Oberfläche 304US der Steuerelektrode 304 des ersten Halbleiterchips 301. Das heißt, eine Höhe N2 der unteren Oberfläche 325LS über der oberen Oberfläche 308US ist größer als die Höhe H1 der zweiten Hauptelektrode 303. Die obere Oberfläche 325US in der Nähe des anderen Endes E3 ist durch einen Bonddraht 316 mit einer leitenden Anodenschiene 312 elektrisch verbunden.
  • Ferner ist ein allgemein zentraler Bereich der oberen Oberfläche 325US des zweiten Bereichs 325P2 der Metallbasis 325 durch eine dritte leitfähige Schicht 309C aus Lot- oder Hartlotmaterial mit einer ersten Hauptelektrode oder Kathodenelektrode 307 eines zweiten Halbleiterchips 302 elektrisch verbunden. Der hier verwendete zweite Halbleiterchip 302 ist ein Diodenchip, bei dem als Basismaterial ein Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand verwendet wird, das ein größeres Energieband zwischen den Bändern als Silizium hat.
  • Der zweite Halbleiterchip 302 hat eine zweite Hauptelektrode oder Anodenelektrode 306, die der ersten Hauptelektrode 307 in bezug auf die erste Richtung D1 gegenüberliegt. Diese zweite Hauptelektrode 306 ist durch den Bonddraht 313 mit der leitenden Kathodenschiene 310 verbunden.
  • Das geschlossene Gehäuse 317 umschließt die gesamte Wärmesenke 315 mit Ausnahme des freiliegenden Bereichs der unteren Oberfläche 315BS, das gesamte isolierende Substrat 314, die gesamte leitfähige Platte 308, den gesamten ersten Halbleiterchip 301, die gesamte Metallbasis 325 und den gesamten zweiten Halbleiterchip 302 in dem Innenraum.
  • Bei der vorstehenden Konfiguration kann die durch die Energieverluste des ersten Halbleiterchips 301 erzeugte Wärme direkt durch den Kühlmechanismus (315 + 314 + 308) über die erste leitfähige Schicht 309A gekühlt werden. Andererseits wird die durch die Energieverluste des zweiten Halbleiterchips 302 erzeugte Wärme einmal durch die dritte leitfähige Schicht 309C in die Metallbasis 325 und dann durch die zweite leitfähige Schicht 309B in den Kühlmechanismus (315 + 314 + 308) übertragen, wonach sie von dem freiliegenden Bereich der unteren Oberfläche 315BS nach außen abgeführt wird.
  • Auf diese Weise kann durch die Anwesenheit der Metallbasis 325 als Zwischenpfad der Wärmeabführung die von dem zweiten Halbleiterchip 302 erzeugte Wärme indirekt durch den Kühlmechanismus (315 + 314 + 308) abgeführt werden. Mit anderen Worten, der zweite Halbleiterchip 302 liegt im Vergleich mit dem ersten Halbleiterchip 301 in dem oberen Teil, der von der Wärmesenke 315 weiter entfernt und damit schwer zu kühlen ist (in einer Position, in der ein Siliziumchip aus Gründen der Ausbildung für die Wärmeableitung nicht angeordnet werden kann).
  • Die Betriebstemperatur des zweiten Halbleiterchips 302 ist daher höher als die des ersten Halbleiterchips 301; der zweite Halbleiterchip 302, der unter Verwendung eines Halbleitermaterials mit breitem Bandabstand als Basismaterial gebildet ist, kann jedoch auch unter diesen Hochtemperaturbedingungen ebenso wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform ordnungsgemäß betrieben werden.
  • Wie oben beschrieben, befindet sich bei dieser bevorzugten Ausführungsform der zweite Halbleiterchip 302 auf der Metallbasis 325, indem die Tatsache genutzt wird, daß der zweite Halbleiterchip 302 einen breiten Bandabstand hat.
  • Dadurch wird eine Vereinfachung sowie eine Verringerung von Größe und Gewicht des Kühlmechanismus (315 + 314 + 308) um den von der Diode eingenommenen Raum gegenüber der herkömmlichen Technik von 9 erreicht, und ferner wird eine Verringerung von Größe und Gewicht des zweiten Halbleiterchips 302 selbst erreicht, was zu einer Verringerung von Größe, Gewicht und Kosten des Modulelements 300 führt.
  • Dabei kann das Modulelement 300 in 3 auf ungefähr zwei Drittel der Größe des in 9 gezeigten Modulelements 400 verkleinert werden. Durch Optimierung der Form und Größe der jeweiligen leitenden Schienen 310 bis 312 und der Metallbasis 325 kann ferner die Dicke des Modulelements 300 ebenfalls auf ungefähr den gleichen Wert wie bei dem Modulelement 400 von 9 verringert werden.
  • Diese bevorzugte Ausführungsform bietet ferner den Vorteil, daß die Größe des zweiten Halbleiterchips 302 nicht durch die Größe des ersten Halbleiterchips eingeschränkt ist. Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform (1), bei der der zweite Halbleiterchip 102 auf der Kathodenelektrode 103 des ersten Halbleiterchips 101 angeordnet ist, ist in dieser Hinsicht die Größe des zweiten Halbleiterchips 102 notwendigerweise durch die Größe der Kathodenelektrode 103 des ersten Halbleiterchips 101 begrenzt.
  • Die JP-Patentanmeldung 11-274482 schlägt hierzu in 6 eine Konfiguration vor, bei der im Hinblick auf eine weitere Verringerung von Verlusten durch eine Verringerung der Länge von Zwischenverbindungen zwischen Chips eine Vielzahl von Schaltelementchips in dem unteren Teil positioniert ist, wobei jeder Chip über die Zwischenverbindungen mit den anderen verbunden ist und ein SiC-Diodenchip über diesen Schaltelementchips liegt, so daß seine entsprechende Elektrode über die Zwischenverbindung mit einer Elektrode eines entsprechenden unteren Schaltelementchips verbunden ist.
  • In 6 der vorstehend angegebenen Patentanmeldung und in der entsprechenden Beschreibung wird jedoch weder der Gedanke vorgeschlagen, daß von dem oberen SiC-Diodenchip erzeugte Wärme zur Außenseite abgeleitet werden sollte, noch wird eine Konfiguration zur Implementierung dieses Gedankens angedeutet.
  • Im übrigen kann der erste Halbleiterchip 301 auch unter Verwendung des oben angegebenen Halbleitermaterials mit breitem Bandabstand als Basismaterial hergestellt sein. Dadurch ergibt sich eine Verringerung von Größe und Gewicht des ersten Halbleiterchips 301, was zu einer weiteren Abnahme von Größe und Gewicht des gesamten Modulelements 300 führt.
  • Außerdem kann auf der Metallbasis 325 eine Vielzahl von Diodenchips angeordnet sein.
  • 2-1. Erste Modifikation.
  • 4 ist ein Querschnitt, der die Konfiguration eines Modulelements 300A gemäß einer ersten Modifikation der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Bei dieser Modifikation ist der zweite Halbleiterchip 301, der unter Verwendung eines Halbleitermaterials mit breitem Bandabstand als Basismaterial gebildet und auf der Metallbasis 325 angeordnet ist, ein Schaltchip, und seine erste und zweite Hauptelektrode entsprechen jeweils der Anodenelektrode 305 und der Kathodenelektrode 303.
  • Andererseits ist der erste Halbleiterchip 302, der durch die erste leitfähige Schicht 309A hindurch auf der leitfähigen Platte 308 positioniert ist, ein Diodenchip, der durch Verwendung von Silizium oder eines Halbleitermaterials mit breitem Bandabstand als Basismaterial gebildet ist, und seine erste und zweite Hauptelektrode entsprechen jeweils der Kathodenelektrode 307 und der Anodenelektrode 306.
  • Diese Modifikation kann ebenfalls die gleiche Funktion und Wirkung wie die zweite bevorzugte Ausführungsform erzielen. Auch bei dieser Modifikation kann auf der Metallbasis 325 eine Vielzahl von Schaltchips angeordnet sein.
  • 2-2. Zweite Modifikation
  • 5 ist eine perspektivische Draufsicht, die schematisch die Konfiguration eines Modulelements 300B gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Gemäß 5 ist eine Vielzahl von Halbleiterchipgruppen CG2, die jeweils ein Paar von dem ersten Halbleiterchip 301 und dem zweiten Halbleiterchip 302 auf der Metallbasis 325 aufweisen, auf einem einzigen (gemeinsamen) Kühlmechanismus (315 + 314 + 308) angeordnet. Die Halbleiterchipgruppen CG2 teilen sich die leitenden Schienen 311, 310 und 312. Dabei ist die Vielzahl von Halbleiterchipgruppen CG2 zwischen die leitende Anodenschiene 312 und die leitende Kathodenschiene 310 parallelgeschaltet.
  • Es ist ferner möglich, die in 4 gezeigte erste Modifikation auf ähnliche Weise bei dieser Modifikation anzuwenden.
  • Diese Modifikation bietet den Vorteil, daß ein größerer Strom fließen kann als es mit nur einem einzigen Paar von Chips entsprechend 3 oder 4 möglich wäre.
  • 3. Dritte bevorzugte Ausführungsform
  • 6 ist ein Querschnitt, der die Konfiguration eines Modulelements vom Druckkontakttyp (einer Halbleiterbaugruppe) 200 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform zeigt. 6 zeigt ein Beispiel einer Konfiguration, bei der ein Schaltchip 201 (entsprechend einem ersten Halbleiterchip) und ein Diodenchip 202 (entsprechend einem zweiten Halbleiterchip), die beide unter Verwendung eines Halbleitermaterials mit breitem Bandabstand als Basismaterial gebildet sind, durch Druck von außen in einem geschlossenen Gehäuse 217 angeordnet sind.
  • Der Schaltchip 201 hat eine Kathodenelektrode (zweite Hauptelektrode) 203 und eine Steuerelektrode 204, die auf der vorderen Oberfläche gebildet sind, und eine Anodenelektrode (erste Hauptelektrode) 205, die auf der rückwärtigen Oberfläche gebildet ist. Von diesen Elektroden ist die Steuerelektrode 204 durch einen Bonddraht oder eine dritte Zwischenverbindung 225 mit einer leitenden Steuerschiene 211 verbunden, die in dem geschlossenen Gehäuse 217 vorgese hen ist. Der Diodenchip 202 hat eine auf der vorderen Oberfläche gebildete Kathodenelektrode (zweite Hauptelektrode) 207 und eine auf der rückwärtigen Oberfläche gebildete Anodenelektrode (erste Hauptelektrode) 206.
  • Eine erste leitfähige Basis (beispielsweise aus Metall) 223, die die Fähigkeit hat, Wärme zur Außenseite abzugeben, hat eine untere Oberfläche 223BS, die mit Ausnahme des Randes zur Außenseite freiliegt, eine obere Oberfläche 223US, die der unteren Oberfläche 223BS in bezug auf eine Lastaufbringrichtung 224 gegenüberliegt, und eine zwischen den Oberflächen 223BS und 223US liegende seitliche Oberfläche 223SS. Dabei entspricht die Lastaufbringrichtung 224 einer Richtung der Senkrechten zu der unteren Oberfläche 223BS und zu einer noch zu beschreibenden oberen Oberfläche 222US. Die untere Oberfläche 223BS ist mit einer äußeren leitenden Anodenschiene 212 elektrisch verbunden.
  • Eine erste Metallbasis 220 hat eine untere Oberfläche, eine obere Oberfläche 220US, die der unteren Oberfläche in bezug auf die Lastaufbringrichtung 224 gegenüberliegt, und eine seitliche Oberfläche. Die untere Oberfläche der ersten Metallbasis 220 bewirkt beständige elektrische Leiteigenschaften zwischen sich und der oberen Oberfläche 223US der ersten leitfähigen Basis 223, da sie mit der oberen Oberfläche 223US in absoluten mechanischen Kontakt gebracht wird, indem der Anwender im tatsächlichen Gebrauch der Baugruppe 200 eine externe Belastung (oder Druck) aufbringt (d.h. einen Druckkontakt herstellt).
  • Die Anodenelektrode 205 des Schaltchips 201 liegt auf der oberen Oberfläche 220US der ersten Metallbasis 220 und wird beim tatsächlichen Gebrauch der Baugruppe 200 mit der oberen Oberfläche 220US durch das oben angegebene Aufbringen von Kraft (oder Druck) in absoluten mechanischen Kontakt (d.h. Druckkontakt) gebracht, so daß eine absolute elektrische Durchgängigkeit zwischen ihr und der oberen Oberfläche 220US hergestellt wird.
  • Dabei haben die obere und untere Oberfläche der Anodenelektrode 205, die Ebenen sind, die zu der Lastaufbringrichtung 224 orthogonal sind, eine kleinere Fläche als die untere und die obere Oberfläche 223BS und 223US der ersten leitfähigen Basis 223, und das gilt auch für die obere und untere Oberfläche der Kathodenelektrode 203. Das heißt, der Schaltchip 201 hat eine kleinere Fläche als die erste leitfähige Basis 223 (S1 > S2).
  • Die untere Oberfläche einer zweiten Metallbasis 219 befindet sich auf der Kathodenelektrode 203 des Schaltchips 201 und wird im tatsächlichen Gebrauch der Baugruppe 200 mit der Kathodenelektrode 203 durch das erwähnte Aufbringen von Kraft (oder Druck) in absoluten mechanischen Kontakt (d.h. Druckkontakt) gebracht. Dabei bewirkt die zweite Metallbasis 219 eine absolute elektrische Durchgängigkeit zwischen sich und der Kathodenelektrode 203 durch den Druckkontakt mit der Elektrode 203.
  • Die Anodenelektrode 206 des Diodenchips 202 liegt auf der oberen Oberfläche der zweiten Metallbasis 219 mit Ausnahme eines Vorsprungs 219PP und wird im tatsächlichen Gebrauch der Baugruppe 200 mit der oberen Oberfläche der zweiten Metallbasis 219 durch das genannte Aufbringen von Kraft (oder Druck) in mechanischen Kontakt (d.h. Druckkontakt) gebracht, so daß die elektrische Durchgängigkeit zwischen ihr und der Metallbasis 219 hergestellt wird.
  • Anders ausgedrückt, es liegt die Anodenelektrode 206 auf der oberen Oberfläche der zweiten Metallbasis 219, um eine absolute elektrische Durchgängigkeit zwischen sich und der zweiten Metallbasis 219 durch den Druckkontakt mit der zweiten Metallbasis 219 herzustellen.
  • Wie oben beschrieben, sind die Kathodenelektrode 203 des Schaltchips 201 und die Anodenelektrode 206 des Diodenchips 202, wenn sie miteinander in Druckkontakt sind, miteinander durch die zwischen ihnen befindliche zweite Metallbasis 219 elektrisch verbunden.
  • Die untere Oberfläche einer dritten Metallbasis 218 ist auf der Kathodenelektrode 207 des Diodenchips 202 angeordnet und wird beim tatsächlichen Gebrauch der Baugruppe 200 mit der Kathodenelektrode 207 durch das angegebene Aufbringen von Kraft (oder Druck) in absoluten mechanischen Kontakt (d.h. Druckkontakt) gebracht, so daß eine absolute elektrische Durchgängigkeit zwischen ihr und der Kathodenelektrode 207 erhalten wird. Die seitliche Oberfläche der dritten Metallbasis 218 ist über eine erste Zwischenverbindung 216 wie etwa einen Bonddraht mit der oberen Oberfläche 220US der ersten Metallbasis 220 elektrisch verbunden.
  • Die untere Oberfläche eines isolierenden Substrats 221 ist auf der oberen Oberfläche der dritten Metallbasis 218 angeordnet und wird beim tatsächlichen Gebrauch der Baugruppe 200 mit der oberen Oberfläche der dritten Metallbasis 218 durch das angegebene Aufbringen von Kraft (oder Druck) in absoluten mechanischen Kontakt (d.h. Druckkontakt) gebracht.
  • Eine untere Oberfläche 222LS einer zweiten leitfähigen Basis (beispielsweise aus Metall) 222, die die Fähigkeit zur Ableitung von Wärme nach außen hat, ist auf der oberen Oberfläche des isolierenden Substrats 221 angeordnet und wird beim tatsächlichen Gebrauch der Baugruppe 200 durch das erwähnte Aufbringen von Kraft (oder Druck) in absoluten mechanischen Kontakt (d.h. Druckkontakt) mit der oberen Oberfläche des isolierenden Substrats 221 gebracht.
  • Eine obere Oberfläche 222US der zweiten leitfähigen Basis 222, die mit Ausnahme des Randes zur Außenseite freiliegt, ist mit einer äußeren leitenden Kathodenschiene 210 verbindbar, und ihre untere Oberfläche 222LS ist über eine zweite Zwischenverbindung 213, wie etwa einen Bonddraht, mit dem Vorsprung 219PP der zweiten Metallbasis 219 elektrisch verbunden. Die untere und die obere Oberfläche 222LS und 222US der zweiten leitfähigen Basis 222 haben größere Flächen als die Anoden- und Kathodenelektroden 206 und 207 des Diodenchips 202 (S4 > S3).
  • Das geschlossene Gehäuse 217 umgibt die gesamte erste leitfähige Basis 223 mit Ausnahme des freiliegenden Bereichs der unteren Oberfläche 223B5, die gesamte erste Metallbasis 220, den gesamten Schaltchip 201, die gesamte zweite Metallbasis 219, den gesamten Diodenchip 202, die gesamte dritte Metallbasis 218, das gesamte isolierende Substrat 221, die gesamte zweite leitfähige Basis 222 mit Ausnahme des freiliegenden Bereichs der oberen Oberfläche 222US, die gesamte erste Zwischenverbindung 216, die gesamte zweite Zwischenverbindung 213 und die gesamte dritte Zwischenverbindung 225 im Innenraum.
  • Bei der Halbleiterbaugruppe 200 vom Druckkontakttyp gemäß 6 ohne Druckkontakt nach dem dichten Abschließen ist der elektrische oder mechanische Kontakt zwischen gegenüberliegenden eingebauten Teilen nicht in einem perfekten Zustand. Das soll nicht heißen, daß gegenüberliegende eingebaute Teile in einem perfekten offenen Zustand sind; sie haben durch das Vorhandensein von Kontaktwiderstand zwischeneinander aber einen unzureichenden elektrischen oder mechanischen Kontakt miteinander.
  • Um einen perfekten elektrischen oder mechanischen Kontakt zwischen gegenüberliegenden eingebauten Teilen sicherzustellen, muß der Benutzer, der die Halbleiterbaugruppe 200 vom Druckkontakttyp benützt, die jeweiligen Teile der Baugruppe 200 in Druckkontakt miteinander bringen. Beim Gebrauch der Baugruppe 200 bringt der Benutzer daher äußeren Druck auf die zweite leitfähige Basis 222 und die erste leitfähige Basis 223 in der Lastaufbringrichtung entsprechend den Pfeilen 224 auf.
  • Das heißt, das Modulelement 200 wird unter Aufbringen von Kraft in der Lastaufbringrichtung 224 gemäß 6 benutzt. Durch das Aufbringen von Kraft werden die Teile 221, 218, 202, 219, 201 und 220, die zwischen den leitfähigen Basen 222 und 223 sandwichartig angeordnet sind, mit ihren jeweiligen gegenüberliegenden Teilen in Druckkontakt gebracht und dadurch an diesen Teilen mechanisch vollständig festgelegt.
  • Da, wie oben beschrieben wird, in dem Modulelement 200 in 6 die Hauptelektrode der einen Chipeinheit mit der Hauptelektrode der anderen Chipeinheit durch die zweite Metallbasis 219 in Kontakt ist, wird der Wirkungsgrad der Wärmeabführung im Vergleich mit einem herkömmlichen Modul vom Druckkontakttyp notwendigerweise verringert. Dabei wird Wärme, die durch die Verluste des Diodenchips 202 erzeugt wird, hauptsächlich durch die Kathodenelektrode 207, die dritte Metallbasis 218, das isolierende Substrat 221 und die zweite leitfähige Basis 222 zur Außenseite des Moduls abgeführt.
  • Andererseits wird Wärme, die durch die Verluste des Schaltchips 201 erzeugt wird, durch die Anodenelektrode 205, die erste Metallbasis oder Pufferplatte 220 und die erste leitfähige Basis 223 zur Außenseite des Moduls abgeführt. Somit wird die Betriebstemperatur jeder Chipeinrichtung höher als bei einem herkömmlichen Modul.
  • Im Fall eines herkömmlichen Moduls vom Druckkontakttyp, das als aktives Element nur einen Halbleiterchip verwendet, bei dem als Basismaterial Silizium verwendet wird, sind ein Schaltchip und ein Diodenchip parallel zwischen einem Paar von gegenüberliegenden leitfähigen Basen angeordnet, und somit kann Wärme, die durch die Verluste jedes Halbleiterchips erzeugt wird, von beiden Elektrodenseiten abgeführt werden.
  • Bei dem Modulelement 200 gemäß 6 sind jedoch sowohl der Schaltchip 201 als auch der Diodenchip 202 aus einem Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand gebildet, das bei Hochtemperaturen (theoretisch bis zu 500 °C bis 600 °C) betrieben werden kann. Somit können beide Chips 201 und 202 auch unter solchen Hochtemperaturbedingungen ordnungsgemäß funktionieren.
  • Durch die vorstehende Konfiguration bietet diese bevorzugte Ausführungsform folgende Vorteile:
    • (a) Die Nichtverwendung einer Wärmesenke führt zu einer kleinen, leichten Elementkühlstruktur.
    • (b) Da der eine Chip über dem anderen Chip positioniert ist, kann ein Paar von leitfähigen Basen, zwischen denen beide Chips sandwichartig eingeschlossen sind, in bezug auf Größe und Gewicht zufriedenstellender verringert werden als im herkömmlichen Fall (siehe die erste und die zweite leitfähige Basis 223 und 222 von 6). Ferner können Größe und Gewicht der Halbleiterchips 201 und 202 mit breitem Bandabstand ebenfalls gegenüber herkömmlichen Siliziumhalbleiterchips verringert werden. Das führt zu einem kleinen, leichten und billigen Modulelement.
    • (c) Das Vorsehen der zweiten Metallbasis 219 zwischen den Chips 201 und 202 erhöht die Gesamtwärmekapazität. Durch das Vorsehen der zweiten Zwischenverbindung 213 zwischen der zweiten Metallbasis 219 und der zweiten leitfähigen Basis 222 wird außerdem die elektrische Durchgängigkeit zwischen der zweiten leitfähigen Basis 222, deren obere Oberfläche zur Außenseite freiliegt, und den Hauptelektroden der Chips 201 und 202 hergestellt.
    • (d) Durch das Vermeiden von Drahtbonden mit den Elektroden der Chips 201 und 202 wird das Auftreten elektrischer Verluste aufgrund eines Bonddrahts eliminiert.
    • (e) Der durch den Druckkontakt hergestellte absolute elektrische Kontakt vermeidet ein Problem wie etwa das Auftreten von geschmolzenem Lot bei bestimmten Betriebstemperaturen. Das ermöglicht die Verwendung der Baugruppe 200 auch unter extremen thermischen Bedingungen.
    • (f) Da der Wärmeabführungspfad für die einzelnen Chips 201 und 202 sichergestellt ist, kann der Effekt einer Verbesserung des Wärmeabführungs-Wirkungsgrads erwartet werden.
  • Wenn einer der Halbleiterchips 201 und 202 eine große Wärmemenge hat, kann nur der Halbleiterchip mit der großen Wärmemenge aus einem Halbleiterchip mit breitem Bandabstand hergestellt sein (in diesem Fall besteht der andere aus einem Siliziumhalbleiterchip).
  • 3-1. Erste Modifikation
  • 7 ist ein Querschnitt, der die Konfiguration eines Modulelements 200A gemäß einer ersten Modifikation der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt, wobei für gleiche oder ähnliche Komponenten die gleichen Bezugszeichen wie in 6 verwendet werden.
  • Diese Modifikation ist dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Teile 223, 220, 201, 219, 202, 218, 221 und 222, die in dem geschlossenen Gehäuse 217 enthalten sind, mittels einer leitfähigen Schicht aus Lot oder Hartlotmaterial oder eines Klebstoffs, beispielsweise aus Harz, vollständig integriert sind, um zu ver meiden, daß der Benutzer der Baugruppe 200A einen Druckkontakt in der Baugruppe 200A herstellen muß.
  • Dabei weist das Modulelement 200A ferner folgendes auf:
    • (a) eine Bondschicht (bestehend aus einer leitfähigen Schicht, wie etwa einem Klebstoff oder Lot) 228, die die obere Oberfläche 223US der ersten leitfähigen Basis 223 und die untere Oberfläche der ersten Metallbasis 220 mechanisch miteinander verbindet;
    • (b) eine erste leitfähige Schicht 229, die die obere Oberfläche 220US der ersten Metallbasis 220 und die erste Hauptelektrode 205 des ersten Halbleiterchips 201 miteinander verbindet, um die elektrische Durchgängigkeit zwischen ihnen herzustellen;
    • (c) eine zweite leitfähige Schicht 226, die die zweite Hauptelektrode 203 des ersten Halbleiterchips 201 und die untere Oberfläche der zweiten Metallbasis 219 miteinander verbindet, um die elektrische Durchgängigkeit dazwischen herzustellen;
    • (d) eine dritte leitfähige Schicht 227, die die obere Oberfläche der zweiten Metallbasis 219 und die erste Hauptelektrode 206 des zweiten Halbleiterchips 202 verbindet, um die elektrische Durchgängigkeit dazwischen herzustellen;
    • (e) eine vierte leitfähige Schicht 230, die die zweite Hauptelektrode 207 des zweiten Halbleiterchips 202 und die untere Oberfläche der dritten Metallbasis 218 verbindet, um die elektrische Durchgängigkeit dazwischen herzustellen;
    • (f) einen ersten Klebstoff 231, der die obere Oberfläche der dritten Metallbasis 218 und die untere Oberfläche des isolierenden Substrats 221 miteinander fest verbindet; und
    • (g) einen zweiten Klebstoff 232, der die obere Oberfläche des isolierenden Substrats 221 und die untere Oberfläche 222LS der zweiten leitfähigen Basis 222 fest miteinander verbindet.
  • 3-2. Zweite Modifikation
  • 8 ist eine perspektivische Draufsicht, die schematisch die Konfiguration eines Modulelements 200B gemäß einer zweiten Modifikation der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Diese Modifikation ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Halbleiterchipgruppen CG3, die jeweils ein Paar von dem Schaltchip 201 und dem Diodenchip 202 gemäß 6 aufweisen, parallel zwischen dem Paar von leitfähigen Basen 222 und 223 angeordnet sind, die allen Halbleiterchipgruppen CG3 gemeinsam sind. Die Halbleiterchipgruppen CG3 nutzen die leitenden Schienen 210, 211 und 212 gemäß 6 gemeinsam.
  • Selbstverständlich ist es möglich, die erste Modifikation von 7 auch bei dieser Modifikation anzuwenden. In diesem Fall entfällt, wie bereits beschrieben, das Aufbringen von Kraft bzw. Druck durch den Benutzer.
  • Diese Modifikation bietet den Vorteil, daß ein größerer Stromfluß möglich ist, als dies mit nur einem einzigen Paar von Chips gemäß 6 oder 7 möglich wäre.
  • 4. Zusammenfassung
  • Jedes der Modulelemente gemäß der Erfindung ist mit mindestens einem Halbleiterchip ausgestattet, bei dem ein Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand, wie etwa Siliziumcarbid oder Galliumnitrid, als Basismaterial verwendet wird, was es möglich macht, den Chip in einer Position anzuordnen, in der ein herkömmlicher Siliziumchip aufgrund der Ausbildung der Wärmeableitung nicht angeordnet werden kann. Im Vergleich mit einem herkömmlichen Modulelement ermöglicht dies die Bauform eines kleinen, leichten und billigen Modulelements.

Claims (10)

  1. Halbleiterbaugruppe, gekennzeichnet durch – eine Wärmesenke (115), die eine zur Außenseite freiliegende untere Oberfläche (115BS) und eine dieser unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche (115TS) hat; – ein isolierendes Substrat (114), das mit der oberen Oberfläche der Wärmesenke verbunden ist; – eine leitfähige Platte (108), die mit einer oberen Oberfläche des isolierenden Substrats (114) verbunden ist; – einen ersten Halbleiterchip (101), der folgendes aufweist: eine erste Hauptelektrode (105), die durch eine erste leitfähige Schicht (109A) mit einer oberen Oberfläche der leitfähigen Platte (108) elektrisch verbunden ist, und eine zweite Hauptelektrode (103), die der ersten Hauptelektrode (105) gegenüberliegt und eine kleinere Fläche als diese hat; – einen zweiten Halbleiterchip (102), der folgendes aufweist: eine erste Hauptelektrode (106), die durch eine zweite leitfähige Schicht (109B) mit der zweiten Hauptelektrode (103) des ersten Halbleiterchips (101) elektrisch verbunden ist und eine kleinere Fläche als diese hat, und eine der ersten Hauptelektrode (106) gegenüberliegende zweite Hauptelektrode (107); und – ein Gehäuse (117), das die Wärmesenke (115) mit Ausnahme eines freiliegenden Bereichs der genannten unteren Oberfläche, das isolierende Substrat (114), die leitfähige Platte (108), den ersten Halbleiterchip (101) und den zweiten Halbleiterchip (102) in seinem Innenraum umschließt, – wobei ein Bereich oberhalb der zweiten Hauptelektrode des zweiten Halbleiterchips (102) der genannte Innenraum des Gehäuses (117) ist, und – wobei ein Basismaterial des zweiten Halbleiterchips (102) ein Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand ist, das zwischen den Energiebändern einen größeren Abstand als Silizium hat. (1)
  2. Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial des ersten Halbleiterchips (101) ebenfalls ein Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand ist.
  3. Halbleiterbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Halbleiterchip (101) auf einem ersten Bereich (R1) der oberen Oberfläche der leitfähigen Platte (108) liegt und die erste leitfähige Schicht sandwichartig dazwischen angeordnet ist, wobei die Halbleiterbaugruppe ferner folgendes aufweist: – einen weiteren ersten Halbleiterchip (101), der folgendes aufweist: eine erste Hauptelektrode, die durch eine andere erste leitfähige Schicht mit einem zweiten Bereich (Rn) der oberen Oberfläche der leitfähigen Platte elektrisch verbunden ist, und eine zweite Hauptelektrode, die der ersten Hauptelektrode gegenüberliegt und eine kleinere Fläche als diese hat; und – einen weiteren Halbleiterchip (102), der folgendes aufweist: eine erste Hauptelektrode, die durch eine andere zweite leitfähige Schicht mit der zweiten Hauptelektrode des anderen ersten Halbleiterchips (101) elektrisch verbunden ist und eine kleinere Fläche als diese hat, und eine der ersten Hauptelektrode gegenüberliegende zweite Hauptelektrode, – wobei das Gehäuse (117) auch den anderen ersten Halbleiterchip (101) und den anderen zweiten Halbleiterchip (102) in seinem Innenraum umschließt und – wobei ein Basismaterial des anderen zweiten Halbleiterchips (102) das Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand ist. (2)
  4. Halbleiterbaugruppe, gekennzeichnet durch – eine Wärmesenke (315), die eine zur Außenseite freiliegende untere Oberfläche (315BS) und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche (315TS) hat; – ein isolierendes Substrat (314), das mit der oberen Oberfläche der Wärmesenke verbunden ist; – eine leitfähige Platte (308), die mit einer oberen Oberfläche des isolierenden Substrats (314) verbunden ist; – einen ersten Halbleiterchip (301), der folgendes aufweist: eine erste Hauptelektrode (305), die durch eine erste leitfähige Schicht (309A) mit einem ersten Oberflächenbereich (P1) einer oberen Oberfläche (308US) der leitfähigen Platte (308) elektrisch verbunden ist, und eine zweite Hauptelektrode (303), die der ersten Hauptelektrode (305) in bezug auf eine erste Richtung (D1) gegenüberliegt, die gleich der Richtung einer Senkrechten zu der oberen Oberfläche der leitfähigen Platte ist; – eine Metallbasis (325), die einen ersten Bereich (325P1) und einen zweiten Bereich (325P2) hat, – wobei der erste Bereich ein erstes Ende (E1) hat, das durch eine zweite leitfähige Schicht (309B) mit einem zweiten Oberflächenbereich (P2) der oberen Oberfläche der leitfähigen Platte (308) benachbart dem ersten Oberflächenbereich (P1) elektrisch verbunden ist und sich von dem ersten Ende in der ersten Richtung zu einem zweiten Ende (E2) erstreckt, – wobei der zweite Bereich mit dem zweiten Ende des ersten Bereichs verbunden ist und sich in einer zweiten Richtung (D2) erstreckt, die zu der ersten Richtung orthogonal ist, so daß eine L-förmige Gestalt mit dem ersten Bereich gebildet ist; – einen zweiten Halbleiterchip (302), der folgendes aufweist: eine erste Hauptelektrode (307), die durch eine dritte leitfähige Schicht (309C) mit einer oberen Oberfläche des zweiten Bereichs der Metallbasis (325) elektrisch verbunden ist, und eine zweite Hauptelektrode (306), die der ersten Hauptelektrode (307) in bezug auf die erste Richtung gegenüberliegt; und – ein Gehäuse (317), das die Wärmesenke (315) mit Ausnahme eines freiliegenden Bereichs der unteren Oberfläche, das isolierende Substrat (314), die leitfähige Platte (308), den ersten Halbleiterchip (301), die Metallbasis (325) und den zweiten Halbleiterchip (302) in seinem Innenraum umschließt, – wobei eine untere Oberfläche (325LS) des zweiten Bereichs der Metallbasis (325) über dem Niveau einer oberen Oberfläche (303US) der zweiten Hauptelektrode des ersten Halbleiterchips (301) liegt, und – wobei ein Basismaterial des zweiten Halbleiterchips (302) ein Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand ist, das zwischen den Energiebändern einen größeren Abstand als Silizium hat. (3 und 4)
  5. Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial des ersten Halbleiterchips (301) ebenfalls ein Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand ist.
  6. Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch: – einen weiteren ersten Halbleiterchip (301), der folgendes aufweist: eine erste Hauptelektrode, die durch eine weitere erste leitfähige Schicht mit einem dritten Oberflächenbereich der oberen Oberfläche der leitfähigen Platte (308) elektrisch verbunden ist, und eine zweite Hauptelektrode, die der ersten Hauptelektrode in bezug auf die erste Richtung gegenüberliegt; – eine weitere Metallbasis (325), die einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich hat, – wobei der erste Bereich der weiteren Metallbasis (325) ein erstes Ende hat, das durch eine weitere zweite leitfähige Schicht mit einem vierten Oberflächenbereich der oberen Oberfläche der leitfähigen Platte (308) benachbart dem dritten Oberflächenbereich elektrisch verbunden ist und sich von dem ersten Ende in der ersten Richtung zu einem zweiten Ende erstreckt, – wobei der zweite Bereich der weiteren Metallbasis (325) mit dem zweiten Ende des ersten Bereichs der weiteren Metallbasis verbunden ist und sich in der zweiten Richtung erstreckt, so daß mit dem ersten Bereich eine L-förmige Gestalt gebildet ist; und – einen weiteren zweiten Halbleiterchip (302), der folgendes aufweist: eine erste Hauptelektrode, die durch eine andere dritte leitfähige Schicht mit einer oberen Oberfläche des zweiten Bereichs der anderen Metallbasis (325) elektrisch verbunden ist, und eine zweite Hauptelektrode, die der ersten Hauptelektrode in bezug auf die erste Richtung gegenüberliegt, – wobei das Gehäuse (317) auch den anderen ersten Halbleiterchip (301), die weitere Metallbasis (325) und den weiteren zweiten Halbleiterchip (302) in dem Innenraum umschließt, – wobei eine untere Oberfläche des zweiten Bereichs der weiteren Metallbasis (325) über dem Niveau einer oberen Oberfläche der zweiten Hauptelektrode des weiteren ersten Halbleiterchips (301) liegt und – wobei ein Basismaterial des weiteren zweiten Halbleiterchips (302) das Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand ist. (5)
  7. Halbleiterbaugruppe, gekennzeichnet durch – eine erste leitfähige Basis (223), die eine zur Außenseite freiliegende untere Oberfläche (223BS) und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche (223US) hat; – eine erste Metallbasis (220), die eine auf der oberen Oberfläche der ersten leitfähigen Basis positionierte untere Oberfläche und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche (220US) aufweist; – einen ersten Halbleiterchip (201), der eine auf der oberen Oberfläche der ersten Metallbasis angeordnete erste Hauptelektrode (205) und eine der ersten Hauptelektrode gegenüberliegende zweite Hauptelektrode (203) aufweist; – eine zweite Metallbasis (219), die eine auf der zweiten Hauptelektrode des ersten Halbleiterchips (201) positionierte untere Oberfläche und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche aufweist; – einen zweiten Halbleiterchip (202), der eine auf der oberen Oberfläche der zweiten Metallbasis (219) angeordnete erste Hauptelektrode (206) und eine der ersten Hauptelektrode gegenüberliegende zweite Hauptelektrode (207) aufweist; – eine dritte Metallbasis (218), die eine auf der zweiten Hauptelektrode des zweiten Halbleiterchips (202) positionierte untere Oberfläche und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche aufweist; – ein isolierendes Substrat (221), das eine auf der oberen Oberfläche der dritten Metallbasis (218) positionierte untere Oberfläche und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche aufweist; – eine zweite leitfähige Basis (222), die eine auf der oberen Oberfläche des isolierenden Substrats (221) positionierte untere Oberfläche (222LS) und eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende und zur Außenseite freiliegende obere Oberfläche (222US) aufweist; – eine erste Zwischenverbindung (216), die die erste Metallbasis (220) und die dritte Metallbasis (218) elektrisch miteinander verbindet; – eine zweite Zwischenverbindung (213), die die zweite Metallbasis (219) und die zweite leitfähige Basis (222) elektrisch miteinander verbindet; und – ein Gehäuse (217), das die erste leitfähige Basis (223) mit Ausnahme eines freiliegenden Bereichs der unteren Oberfläche, die erste Metallbasis (220), den ersten Halbleiterchip (201), die zweite Metallbasis (219), den zweiten Halbleiterchip (202), die dritte Metallbasis (218), das isolierende Substrat (221), die zweite leitfähige Basis (222) mit Ausnahme eines freiliegenden Bereichs der oberen Oberfläche, die erste Zwischenverbindung (216) und die zweite Zwischenverbindung (213) in seinem Innenraum umschließt, – wobei die untere und die obere Oberfläche der ersten leitfähigen Basis (223) größere Flächen als die erste und die zweite Hauptelektrode des ersten Halbleiterchips (201) haben, – wobei die untere und die obere Oberfläche der zweiten leitfähigen Basis (222) größere Flächen als die erste und die zweite Hauptelektrode des zweiten Halbleiterchips (202) haben, und - wobei ein Basismaterial von mindestens einem von dem ersten und dem zweiten Halbleiterchip (201, 202) ein Halbleitermaterial mit großem Bandabstand ist, das zwischen den Energiebändern einen größeren Abstand als Silizium hat. (6 und 7)
  8. Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch – eine Verbindungsschicht (228), die die obere Oberfläche der ersten leitfähigen Basis (223) und die untere Oberfläche der ersten Metallbasis (220) mechanisch miteinander verbindet; – eine erste leitfähige Schicht (229), die die elektrische Kontinuität zwischen der oberen Oberfläche der ersten Metallbasis (220) und der ersten Hauptelektrode des ersten Halbleiterchips (201) herstellt; – eine zweite leitfähige Schicht (226), die die elektrische Kontinuität zwischen der zweiten Hauptelektrode des ersten Halbleiterchips (201) und der unteren Oberfläche der zweiten Metallbasis (219) herstellt; – eine dritte leitfähige Schicht (227), die die elektrische Kontinuität zwischen der oberen Oberfläche der zweiten Metallbasis (219) und der ersten Hauptelektrode des zweiten Halbleiterchips (202) herstellt; – eine vierte leitfähige Schicht (230), die die elektrische Kontinuität zwischen der zweiten Hauptelektrode des zweiten Halbleiterchips (202) und der unteren Oberfläche der dritten Metallbasis (218) herstellt; – einen ersten Klebstoff (231), der die obere Oberfläche der dritten Metallbasis (218) mit der unteren Oberfläche des isolierenden Substrats (221) verbindet; und – einen zweiten Klebstoff (232), der die obere Oberfläche des isolierenden Substrats (221) mit der unteren Oberfläche der zweiten leitfähigen Basis (222) verbindet. (7)
  9. Halbleiterbaugruppe nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial des anderen von dem ersten und dem zweiten Halbleiterchip (201, 202) ebenfalls ein Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand ist.
  10. Halbleiterbaugruppe nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Halbleiterchipgruppen (CG3), die jeweils ein Set aus der ersten Metallbasis (220), dem ersten Halbleiterchip (201), der zweiten Metallbasis (219), dem zweiten Halbleiterchip (202), der dritten Metallbasis (218) und dem isolierenden Substrat (221) aufweisen, zwischen der ersten leitfähigen Basis (223) und der zweiten leitfähigen Basis (222) parallel angeordnet sind. (8)
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